Neue Atomuhren messen die Zeit, indem sie mit Lasern Atomkerne anregen und deren Schwingungen zählen.
Forschende haben die weltweit ersten Kernuhren entwickelt, die nach ihrer Einschätzung neue Einblicke in die Grundlagen der Physik eröffnen könnten.
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Die beiden Geräte gehören zur neuesten Generation von Atomuhren. Sie messen die Zeit, indem sie Licht beobachten, das durch Übergänge im Atomkern entsteht, ausgelöst von Protonen und Neutronen.
Atomuhren liefern seit 1949 extrem genaue Zeitangaben. Trotz ihres Namens arbeiten sie jedoch nicht mit Kernfusion oder Kernspaltung.
Die bisher präzisesten Uhren der Welt nutzten Sprünge von Elektronen zwischen verschiedenen Energieniveaus in Atomen. Die neue Entwicklung zeigt nun, dass sich auch der Atomkern selbst als Referenz für eine Uhr eignet.
Forschungsteams der Tsinghua-Universität in China, weiterer Einrichtungen im Land sowie der TU Wien in Österreich berichten getrennt voneinander über ihre Durchbrüche. Ihre beiden Studien sind am Mittwoch in Nature (Quelle auf Englisch) erschienen.
Die neue Uhr nutzt Thorium-229, ein seltenes Atom, dessen Kern seinen Energiezustand mit ultraviolettem Laserlicht wechseln kann. Bisher ist kein anderer Atomkern mit diesem Verhalten bekannt.
Das Team entwickelte einen Laser, der ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 148,4 Nanometern erzeugt, und richtete ihn auf kleine Calciumfluorid-Kristalle, die Thorium-229 enthalten.
Der wichtigste Befund: Die Kernuhren funktionierten. Der Laser blieb mit dem Thorium-229-Kern synchron und hielt die Zeit stabil. Die Uhr erreichte eine Genauigkeit von etwa einem Teil in einer Billiarde (10⁻¹⁵) über den Testzeitraum.
Präzise Zeitmessung ist für Alltagstechnologien wie Satellitennavigation und Telekommunikation entscheidend. Kernuhren könnten diese Systeme noch genauer machen.
Laut der Studie könnten sie auch für die Grundlagenphysik wichtig werden. Konkrete Einsatzmöglichkeiten benennen die Forschenden in dem Fachartikel jedoch nicht.